害蟲靠嗅覺找到食物 鱗翅目昆蟲和被子植物協同進化機制被發現

2020-12-10 新京報

新京報訊（記者 周懷宗）記者從中國農科院獲悉，近日，中國科學家解析了棉鈴蟲氣味受體基因家族的功能，揭示了鱗翅目昆蟲和被子植物協同進化的新機制。該研究由中國農科院植保所生物殺蟲劑創製與應用創新團隊完成。

飛蛾是生活中最常見的昆蟲，屬於鱗翅目，是地球生態系統中最重要的生物類群之一。同時，它們也是農業生產中最大的害蟲種類之一，絕大多數鱗翅目昆蟲的幼蟲會危害各類農作物，而成蟲多取食花蜜來補充營養。

團隊科學家王桂榮研究員介紹，嗅覺是害蟲主要的感覺方式，在害蟲尋找寄主、配偶以及逃避天敵等行為中起著非常重要的作用。而植物在生長過程中會釋放複雜的植物揮發物，在與植物的共進化過程中，鱗翅目昆蟲也形成了高度靈敏特異的嗅覺系統來識別各類植物揮發物，從而尋找到寄主植物並完成取食、產卵等行為。

鱗翅目昆蟲高度靈敏特異的嗅覺系統，可以識別各類植物揮發物，從而尋找到寄主植物並完成取食、產卵等行為。中國農科院供圖

國內外對鱗翅目昆蟲尋找配偶的嗅覺分子機制研究較多，但是，對於植食性昆蟲如何識別寄主揮發物的分子機理卻知之甚少。

研究對重大農業害蟲棉鈴蟲的氣味受體基因家族的功能進行了系統研究，揭示了棉鈴蟲氣味受體通過組合編碼的方式識別複雜的寄主揮發物的過程。

據介紹，科學家們測定了44個氣味受體對67種寄主植物揮發物的反應，鑑定了28個氣味受體的配體，繪製了棉鈴蟲氣味受體家族編碼寄主植物揮發物的功能圖譜。

在此基礎上，進一步通過分子系統發育和受體功能對比分析發現，大多數直系同源氣味受體的功能都出現了分化，只有少數幾個氣味受體功能保守。

對鱗翅目和毛翅目31個物種氣味受體分子系統發育分析表明，所有鱗翅目物種中存在一個高度保守的直系同源基因，它們在進化過程中形成獨特的進化分支，受到強烈的負選擇壓，這些直系同源基因的功能高度保守，都對被子植物花香主要揮發物——苯乙醛有非常靈敏而且特異的反應，該受體在鱗翅目昆蟲尋找寄主植物特別是花的過程中發揮關鍵作用。

同時，該直系同源受體的出現伴隨鱗翅目昆蟲的管狀喙的產生，這與被子植物的爆發時間一致，並在鱗翅目昆蟲與被子植物的長期共存下保持了穩定的功能。

這一研究加深了人們對昆蟲與植物協同進化的認識，以這類關鍵的嗅覺受體為靶標可以發展環境友好的害蟲行為調控綠色防控技術。

該研究得到國家自然科學基金、中國農科院科技創新工程等項目資助。相關研究成果在線發表在《分子生物學與進化（Molecular Biology and Evolution）》上。

新京報記者 周懷宗

編輯 唐崢 校對 李銘

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